Quantum computation 量子計算

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EXAMPLE
BACKGROUND

A quantum computer is a computational system which uses quantum-mechanical phenomena, such as superposition and entanglement, to process data. Unlike digital computers, in which data is encoded into binary digits (bits) in one of two definite states ("0" or "1"), quantum computation requires data to be encoded into quantum bits (hereafter "qubits"), for which a single qubit may represent a "1," a "0," or any quantum superposition of the two qubit states. In general, a quantum computer with N qubits may be in an arbitrary superposition of up to 2.sup.N different states simultaneously, i.e., a pair of qubits may be in any quantum superposition of four states, and three qubits may be in any superposition of eight states.

Large-scale quantum computers are able to solve certain problems much more quickly than digital computers (alternatively referred to herein as "classical computers"). In the operation of a quantum computer, computations may be initialized by setting qubits in a controlled initial state. By manipulating those qubits, predetermined sequences of quantum logic gates are realized that represent the problem to be solved, called a quantum algorithm. Quantum algorithms, such as Shor's algorithm, Simon's algorithm, etc., run faster than any possible probabilistic classical algorithm. Quantum algorithms are often non-deterministic, as they provide a correct solution only with a certain known probability.

Based on the inherent advantages in quantum computers in solving certain problems, the challenge is in programming quantum computers to take advantage of their strengths.

United States Patent    11,087,232
Quantum hybrid computation
Inventors:    Ducore; Andrew Maps (Bethesda, MD), Keesan; Matthew Joseph (Washington, DC), Nam; Yunseong (North Bethesda, MD), Shehab; Omar (Hyattsville, MD)

事例
【背景技術】

量子コンピュータは量子力学的な現象、重ね合わせおよびもつれなどをデータ処理に使用する計算システムである。デジタルコンピュータにおけるデータは２つの確かな状態（”０”または”１”）のうちひとつで2進数（ビット）に符号化される。デジタルコンピュータと異なり、量子計算はデータを量子ビット（この後”キュービット”）に符号化することが必要である。単一のキュービットは”１”か”０”かどちらか、または２つのキュービット状態の任意の量子重ね合わせを表すだろう。一般に、Nキュービットを有する量子コンピュータは、同時に最大２N個の異なる状態の任意の重ね合わせにあり得るだろう、すなわち対のキュービットは４つ異なる状態の任意の量子重ね合わせにあり得るだろう、それから３つキュービットは８つ異なる状態の任意の重ね合わせにあり得るだろう。

大規模量子コンピュータは一定の問題をデジタルコンピュータよりもはるかに高速に解決できる（あるいはここに”古典コンピュータ”ともいう）。量子コンピュータの動作において、計算は制御された初期状態にキュービットを設定することによって初期化されるだろう。これらキュービットを操作することによって、量子アルゴリズムと呼ばれる、解決すべき問題を表す量子論理ゲートの所定 の シーケンスが実現される。量子アルゴリズムの次のようなショアのアルゴリズム、サイモンのアルゴリズムなどは、どんな可能な確率論的な古典アルゴリズムよりも速く実行する。確実な既知の確率でのみ正解を提供するので、量子アルゴリズムはほとんどの場合に非決定的である。

固有の長所に基づいて量子コンピュータにおいて特定の問題を解決する際に、課題は量子コンピュータをプログラミングしそれら強みの利点を取り入れることにある。